广州市中心组提供高三化学专题复习专题一无机综合应用一生产工艺为背景.docx

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广州市中心组提供高三化学专题复习专题一无机综合应用一生产工艺为背景

专题一：

无机综合应用一（生产工艺为背景）

【例题】2010年广东卷32．

碳酸锂广泛应用于陶瓷和医药等领域。

以

-锂辉石（主要成分为Li2O·Al2O3·4SiO2）为原料制备Li2CO3的工艺流程如下：

已知：

Fe3＋、Al3＋、Fe2＋和Mg2＋以氢氧化物形式完全沉淀时，溶液的pH分别为3.2、5.2、9.7和12.4；Li2SO4、LiOH和Li2CO3在303K下的溶解度分别为34.2g、12.7g和1.3g。

⑴步骤I前，

-锂辉石要粉碎成细颗粒的目的是________________。

⑵步骤I中，酸浸后得到的酸性溶液中含有Li＋、SO

，另含有Al3＋、Fe3＋、Fe2＋、Mg2＋、Ca2＋、Na＋等杂质，需在搅拌下加入_____________（填“石灰石”、“氯化钙”或“稀硫酸”）以调节溶液的pH到6．0～6．5，沉淀部分杂质离子，然后分离得到浸出液。

⑶步骤II中，将适量的H2O2溶液、石灰乳和Na2CO3溶液依次加入浸出液中，可除去的杂质金属离子有。

⑷步骤III中，生成沉淀的离子方程式为________________。

⑸从母液中可回收的主要物质是_____________________。

【分析】

本题是一个工艺生产背景，目的是用锂、铝硅酸盐制备Li2CO3。

大致浏览流程图知道第Ⅰ段是把锂元素转移到溶液中，第Ⅱ段是除去杂质，第Ⅲ段是反应生成产品。

第

（1）小题，固体粉碎后接着进行酸浸，要发生化学反应，故其直接目的是增大固体与硫酸的接触面积，增大了反应速率，间接目的是使单位时间内锂元素的浸出率更高。

第

（2）小题，要求用调节pH的方法使杂质离子沉淀除去，显然需要用到题干中几种阳离子的沉淀pH信息，调节前是酸浸得到的溶液，硫酸必然是过量的故酸性较强，调节的目的应该是使pH升高，故应加入可以中和酸的物质。

第（3）小题，隐含的信息更多了，这时需要把物质的转化流程梳理一下：

调节pH到6.5只能除去H＋、Al3＋、Fe3＋，而且还引入了Ca2＋，说明还存在的杂质离子是Fe2＋、Mg2＋、Ca2＋、Na＋，H2O2溶液是氧化剂可将Fe2＋氧化为Fe3＋，石灰乳可接着将Mg2＋和Fe3＋沉淀，而Na2CO3溶液可将Ca2＋沉淀，而Na＋仍然在溶液中。

第（4）小题，溶液中主要是Li2SO4，结合题干中的溶解度信息，生成的沉淀应该是Li2CO3。

第（5）小题，沉淀反应发生前，溶液中含大量的Li2SO4和少量Na＋，沉淀反应后溶液中留下大量Na2SO4和可能过量的少量Na2CO3，题目问主要物质，答Na2SO4即可。

【反思】

（1）解答一道工艺（实验）流程图试题的程序是什么？

（参考：

此类试题的题干通常包括文字说明、工艺（实验）流程以及供参考的数据（以表格、图像等呈现）。

①首先要通过阅读文字说明，清楚试题背景是工业生产还是实验室研究，准确抓住工艺（实验）的目的是什么，还提供了哪些信息（原料成分？

含量？

产品成分？

从用途能看出什么性质？

）；②然后整体浏览一下流程，基本辨别出预处理、反应、提纯、分离等阶段；③接下来可以先看看设问，使下一步的深入分析重点更明确；④然后再带着质与量的意识具体分析各个化学过程（必要时才使用参考数据），组织语言回答设问。

）

（2）工艺（实验）流程图试题常常在哪些地方设问？

（可在后续课时进行）

（参考：

反应速率理论的运用；氧化还原反应的判断、书写；利用控制pH分离除杂；利用溶解度分离；常用的分离方法、实验操作；流程中的物质转化和循环；绿色化学评价；）

【拓展】

（一）反应速率理论在实际生产中的运用

将反应速率理论运用于实际生产中工艺条件的选择在近年试题中出现过多次，应从反应物接触面积、接触机会、温度、反应物浓度、催化剂等方面思考，思考时应充分结合试题的实际情景和物质的性质。

若为不同相之间的反应都会有接触面积的问题，而增大接触面积的具体措施有不同，如固体可以用粉碎的方法，液体可以用喷洒的方法，气体可以用多孔分散器等。

接触机会一般受混合是否充分影响，如搅拌、混溶等措施。

温度、浓度等措施在运用时须确保反应物或生成物的性质保持稳定。

也有一些反应因为过快而要适当降低速率，常常从温度和浓度角度采取措施。

加压一般是提高气体反应物浓度的措施，但在气体和固体、液体反应的体系中并不适宜。

一般情况下，水溶液中发生的常见的离子反应除了控制合适的pH外较少考虑催化剂的条件，而在有机反应、混合气体反应的情况下，催化剂常常是十分重要的影响因素。

此外，在实际生产中反应速率问题往往放在生产效益的大背景下考虑，因此通过加快反应速率来提高原料转化率和产品产量是很普遍的，这一点与化学平衡中转化率的讨论不应混淆。

1、传统合成氨工业中，提高化学反应速率的措施有__________________________。

2、（自2008广东）科学家一直致力于研究常温、常压下“人工固氮”的新方法。

曾有实验报道：

在常温、常压、光照条件下，N2在催化剂（掺有少量Fe2O3的TiO2）表面与水发生反应，生成的主要产物为NH3。

进一步研究NH3生成量与温度的关系，部分实验数据见下表（光照、N2压力1.0×105Pa、反应时间3h）：

T／K

303

313

323

353

NH3生成量／（10－6mol）

4.8

5.9

6.0

2.0

相应的热化学方程式如下：

N2（g）+3H2O

（1）==2NH3（g）+

O2（g）△H1=+765.2kJ·mol-1

与目前广泛使用的工业合成氨方法相比，该方法中固氮反应速率慢。

请提出可提高其反应速率且增大NH3生成量的建议：

______________________。

3、（自2010江苏）钡盐行业生产中排出大量的钡泥[主要含有BaCO3、BaSiO3、BaSO3、Ba（FeO2）2等。

某化工厂利用钡泥制取Ba（NO3）2，其部分工艺流程如下：

酸溶时通常控制反应温度不超过70℃，且不使用浓硝酸，原因是__________________、___________________________________。

（二）陌生氧化还原反应方程式的书写步骤

①结合物质的类别、化合价情况确认反应发生的本质；②确定最关键的反应物和生成物；③配平关键反应物和生成物；④再根据守恒配平或补充其他辅助反应物和产物；⑤依据题目信息写好反应条件；⑥结合反应条件和反应体系所处的环境对各物质的存在形式、状态进行修正。

1、氯气与Na2S2O3溶液：

______________________________________________；

2、酸性高锰酸钾溶液与草酸溶液：

__________________________________________；

3、NaClO与尿素

反应，生成物除盐外，都是能参与大气循环的物质：

。

（三）物质转化分析中注意量的意识

根据问题提示分析以下工艺流程，体会关注量的重要性。

以氯化钠（混有少量KCl）和硫酸铵为原料制备氯化铵及副产品硫酸钠，工艺流程如下：

氯化铵和硫酸钠的溶解度随温度变化如上图所示。

思考：

①欲制备107gNH4Cl，理论上需多少克NaCl？

②混合溶解后溶液中含有什么离子？

含量大不大？

③蒸发浓缩为什么会析出硫酸钠？

溶液中离子的种类和含量有什么变化？

④蒸发浓缩到什么程度为宜？

⑤为什么要趁热过滤？

滤液成分是什么？

⑥冷却为什么会析出氯化铵？

会不会析出硫酸钠？

为什么？

⑦冷却到什么程度合适？

⑧最后得到的溶液成分是什么？

⑨洗涤什么？

⑩KCl是如何除去的？

【练习】

1．（2008年广州一模改）聚合氯化铝是一种新型、高效絮凝剂和净水剂，其单体是液态的碱式氯化铝[Al2（OH）nCl6-n]。

本实验采用铝盐溶液水解絮凝法制备碱式氯化铝。

其制备原料为分布广、价格廉的高岭土，化学组成为：

Al2O3（25%～34%）、SiO2（40%～50%）、Fe2O3（0．5%～3．0%）以及少量杂质和水分。

已知氧化铝有多种不同的结构，化学性质也有差异，且一定条件下可相互转化；高岭土中的氧化铝难溶于酸。

制备碱式氯化铝的实验流程如下：

已知：

Fe3＋、Al3＋以氢氧化物形式完全沉淀时，溶液的pH分别为3.2、5.2。

根据流程图回答下列问题：

（1）“煅烧”的目的是_______________________________________________。

（2）“浸出”过程中发生反应的离子方程式为_______________________________。

（3）“浸出”选用的酸为_______。

配制质量分数15％的A酸需要200mL30％的A酸（密度约为1.15g/cm3）和_______g蒸馏水，配制用到的仪器有烧杯、玻璃棒、______________。

（4）为提高铝的浸出率，可采取的措施有_________________

_______________________________________________________（要求写出三条）。

（5）“调节溶液pH在4．2～4．5”的过程中，除添加必要的试剂，还需借助的实验用品是_________________；“蒸发浓缩”需保持温度在90～100℃，控制温度的实验方法是_________________。

（6）实验中制备碱式氯化铝反应的化学方程式为__________________________________

2．（2010江苏改）废旧锂离子电池的正极材料（主要含有

及少量Al、Fe等）可用于回收钴、锂，实验方法如下：

（1）在上述溶解过程中，

被氧化成

，

在溶解过程中反应的化学方程式为，氧化剂是__________。

（2）在上述除杂过程中，通入空气的作用是____________________________________。

废渣的主要成分是_________________________。

（3）“沉淀钴”和“沉淀锂”的离子方程式分别为______________________________、________________________________。

（4）本工艺可回收的副产品是_________________________。

3．CoCl2·6H2O在饲料、医药工业上有广泛的用途。

下列是以含钴废料（含少量Fe、Al等杂质）为原料制取CoCl2·6H2O的一种新工艺流程：

已知：

①钴与盐酸反应的化学方程式为：

Co＋2HCl=CoCl2＋H2↑

②CoCl2·6H2O熔点86℃，易溶于水；常温下稳定无毒，加热至110~120℃时，失去结晶水变成有毒的无水氯化钴。

③部分阳离子以氢氧化物形式沉淀时溶液的pH见下表：

沉淀物

Fe（OH）3

Fe（OH）2

Co（OH）2

Al（OH）3

开始沉淀

2.7

7.5

7.6

3.8

完全沉淀

3.2

9.7

9.2

5.2

请回答下列问题：

⑴加入碳酸钠调节pH至a，a的范围是。

⑵操作Ⅰ包含3个基本实验操作，它们是和过滤。

⑶制得的CoCl2·6H2O需减压烘干的原因是。

⑷为测定产品中CoCl2·6H2O含量，某同学将一定量的样品溶于水，再向其中加入足量的AgNO3溶液，过滤，并将沉淀烘干后称量其质量。

通过计算发现产品中CoCl2·6H2O的质量分数大于100％，其原因可能是。

⑸在实验室中，为了从上述产品中获得更纯净的CoCl2·6H2O，方法是。

⑹在上述新工艺中，用“盐酸”代替原工艺中“盐酸与硝酸的混酸”直接溶解含钴废料，其主要优点为。

原工艺较新工艺也有优点，其主要优点是。

4．以黄铁矿为原料制硫酸产生的硫酸渣中含Fe2O3、SiO2、Al2O3、CaO、MgO等。

现以硫酸渣制备铁红（Fe2O3），过程如下：

⑴酸溶过程中Fe2O3与稀硫酸反应的化学方程式是。

⑵还原过程中加入FeS2是将溶液中的Fe3+还原为Fe2+，而本身被氧化为SO42—，写出

有关的离子方程式：

。

⑶氧化过程中通入空气和加入NaOH是为了将溶液中的铁元素充分转化为沉淀而析出，写出有关的离子方程式：

。

⑷生产过程中，为了确保铁红的质量，氧化过程需要调节溶液的pH的范围是_________。

（部分阳离子以氢氧化物形式沉淀时溶液的pH见下表）

沉淀物

Fe（OH）3

Al（OH）3

Fe（OH）2

Mg（OH）2

开始沉淀

2.7

3.8

7.5

9.4

完全沉淀

3.2

5.2

9.7

12.4

⑸滤液B可以回收的物质有____________________________________________。

5．某化学研究性学习小组通过查阅资料，设计了如下图所示的方法以含镍废催化剂为原料来制备NiSO4•7H2O。

已知某化工厂的含镍催化剂主要含有Ni，还含有Al（31%）、Fe（1.3%）的单质及氧化物，其他不溶杂质（3.3%）。

部分阳离子以氢氧化物形式完全沉淀时的pH如下：

沉淀物

Al（OH）3

Fe（OH）3

Fe（OH）2

Ni（OH）2

pH

5.2

3.2

9.7

9.2

回答下列问题：

⑴操作a、c中需使用的仪器除铁架台（带铁圈）、酒精灯、烧杯、玻璃棒外还需要的主要仪器为。

⑵“碱浸”过程中发生的离子方程式是。

⑶“酸浸”时所加入的酸是（填化学式）。

酸浸后，经操作a分离出固体①后，溶液中可能含有的金属离子是。

⑷操作b为调节溶液的pH，你认为pH的最佳调控范围是。

⑸“调pH为2~3”的目的是。

⑹产品晶体中有时会混有少量绿矾（FeSO4·7H2O），其原因可能是

_____________________________________________________________________。

6．实验室用共沉淀法制备纳米级Fe3O4的流程如下：

该方法的关键为促进晶粒形成，并控制晶体生长。

试回答下列问题：

（1）该反应原理的离子方程式可表示为。

（2）反应温度需控制在50℃，其方法是，温度偏低造成产量低的可能是。

（3）在搅拌Ⅱ的过程中还需加入10mL正丙醇，其作用是。

（4）黑色糊状物转移至烧杯中，用倾析法洗涤，检验洗净的操作和现象是

______________________________________________________________________。

（5）由上述分析可知，影响纳米级Fe3O4粒径大小的因素有（写出2条）

__________________________________________________________。

*7．（韶关模拟改）氟化钠是一种重要的氟盐，主要用作农业杀菌剂、杀虫剂、木材防腐剂。

实验室可通过下图所示的流程以氟硅酸（H2SiF6）等物质为原料制取氟化钠，并得到副产品氯化铵：

有关物质在水中溶解度分别为：

氯化铵：

10℃时33.3g、20℃时37.2g、30℃时41.4g；氟化钠：

20℃时4g；氟硅酸钠微溶于水。

请回答下列问题：

（1）上述流程中发生两步化学反应，第一步反应的化学方程式为：

；

第二步反应能进行是因为。

（2）操作Ⅰ名称是，操作II名称是。

（3）操作II的作用是。

（4）操作Ⅲ的具体过程是。

（5）流程中NH4HCO3必须过量，其原因是

_______________________________________________________________________。

【答案】

1．

（1）改变高岭土中氧化铝的结构，使其能溶于酸。

（2）Al2O3+6H+==2Al3++3H2OFe2O3+6H+==2Fe3++3H2O

（3）盐酸230量筒

（4）加热或提高反应温度，将煅烧后的块状固体粉碎，适当增大盐酸浓度，充分搅拌，延长反应时间（任答3条）

90-100℃

（5）pH计（或精密pH试纸）水浴加热

（6）2AlCl3+nH2O

Al2（OH）nCl6-n+nHCl↑

2．

（1）

（2）将正二价铁元素氧化成正三价Al（OH）3和Fe（OH）3

（3）Co2＋＋2OH－＝Co（OH）2↓2Li＋＋CO32－＝Li2CO3↓

（4）Na2SO4

3．⑴5.2～7.6⑵蒸发浓缩、冷却结晶

⑶降低烘干温度，防止产品分解

⑷样品中含有NaCl杂质；烘干时失去了部分结晶水⑸重结晶

⑹减少有毒气体的排放，防止大气污染；防止产品中混有硝酸盐

硝酸替代新工艺中的盐酸和过氧化氢，比新工艺流程少，节约成本

4．⑴Fe2O3+3H2SO4=Fe2（SO4）3+3H2O

⑵FeS2+14Fe3++8H2O=15Fe2++2SO42-+16H+

⑶4Fe2++O2+2H2O+8OH－=4Fe（OH）3↓

或Fe2++2OH-=Fe（OH）2↓,4Fe（OH）2+O2+2H2O=4Fe（OH）3（每个1分）

⑷3.2～3.8

⑸Al2（SO4）3、MgSO4、Na2SO4

5．⑴漏斗、蒸发皿

⑵2Al+2OH—+2H2O=2AlO2—+3H2↑、Al2O3+2OH—=2AlO2—+3H2O

⑶H2SO4Ni2+、Fe2+

⑷3.2—9.2

⑸防止在浓缩结晶过程中Ni2+水解

⑹H2O2的用量不足（或H2O2失效）、保温时间不足导致Fe2＋未被完全氧化造成的

6．

（1）Fe2++2Fe3++8OH-=Fe3O4+4H2O

（2）水浴加热温度低时反应缓慢

（3）降低Fe3O4的溶解度（使其易达到饱和，促进晶粒形成）

（4）取少量最后的倾出液于试管中，滴加几滴KSCN溶液，溶液不变血红色则已洗净（或取少量最后的倾出液于试管中，滴加几滴经稀硝酸酸化的硝酸银溶液，不产生沉淀则已洗净。

）（合理即可）

（5）反应温度、溶液的pH、稳定剂用量、铁盐的比例（浓度）、搅拌速度、溶剂的配比等

7．

（1）H2SiF6＋6NH4HCO3＝6NH4F＋H2SiO3↓＋6CO2↑＋3H2O

一定条件下，NaF比NaCl、NH4Cl、NH4F的溶解度小。

（2）过滤洗涤

（3）除去NaF、NH4Cl表面的杂质。

（4）加热蒸发溶剂，析出少量晶体后冷却结晶。

（5）必须保证H2SiF6能全部反应，防止在进行反应Ⅱ时H2SiF6将与NaCl反应，生成Na2SiF6沉淀，混入NaF中影响NaF质量；同时过量的相对廉价原料NH4HCO3可以提高H2SiF6的转化率。